CN102647128B - 具有短时间通断保护的电动工具及其通断保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有短时间通断保护的电动工具和通断保护方法，其中电动工具包括壳体、执行组件、设置于壳体内部的电机、在上述电机带动下驱动上述执行组件动作的传动机构、控制电机通断的控制开关，所述具有短时间通断保护的电动工具还包括：通过对控制开关通断状态的时间监控实现在一定时间间隔内无论控制开关的通断与否均使上述电机处于停机状态的通断保护装置；本发明的方法主要通过通断保护装置判断控制开关的时间，使在一定时间内反复通断开关是不能控制电机的，从而实现了短时间通断保护，延长了电动工具的寿命。

Description

具有短时间通断保护的电动工具及其通断保护方法

技术领域

本发明涉及一种电动工具的保护装置和方法，具体涉及一种具有短时间通断保护的电动工具及其通断保护方法。 

背景技术

电动工具如修枝机等在工作过程中经常发生因电机堵转而使电动工具的执行部件被卡死的情况，目前大多采用电机反转的方式解决。一般都是在堵转时，在再次启动时实现反转脱堵。 

但是，在使用通断开关作为控制元件时，使用者为了实现反转脱堵，或者在一般正常使用中途时，往往采用短时间内反复按下和松开控制开关，而以往的电动工具中的电机是即时相应开关控制的即采用硬件启动和关闭，因此电机和相应的PCB板经常会因人为动作短时间内频繁启动而使寿命大大地受到影响，进而会影响电动工具的使用寿命。 

目前，还没有一种既能够有效解决执行部件被卡死，又不影响电动工具使用寿命的装置和方法。 

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种具有短时间通断保护的电动工具及其通断保护方法，不但能够有效解决电动工具的执行部件被卡死的问题，还能够使短时间内连续通断开关时电机都保持不启动的状态，从而避免电机在短时间内连续、频繁地通断，进而保证电动工具的使用寿命。 

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：具有短时间通断保护的电动工具，包括壳体、执行组件、设置于壳体内部的电机、在上述电机带动下驱动上述执行组件动作的传动机构、控制电机通断的控制开关；其特征在于，还包括：通过对控制开关通断状态的时间监控实现在一定时间间隔内无论控制开关的通断与否均使上述电机处于停机状态的通断保护装置。 

前述的具有短时间通断保护的电动工具，其特征在于，前述通断保护装置包括：包括MCU芯片及其外围电路的MCU模块，用于检测电流情况的电流检测模块，用于检测控制开关状态的开关模块，受到前述MCU模块控制的电机驱动模块和电源控制模块，受到前述电源控制模块控制并向前述MCU模块和电机驱动模块提供电力的电源模块；前述MCU模块与前述开关模块、电流检测模块、电机驱动模块、电源模块、电源控制模块电连接，前述电源模块与前述电源控制模块、电机驱动模块电连接。 

前述的具有短时间通断保护的电动工具，其特征在于，还包括与前述电机驱动模块电连接并接受其控制的电机输出模块。 

前述的具有短时间通断保护的电动工具，其特征在于，前述开关模块和电流检测模块均向前述MCU模块反馈信号。 

前述的具有短时间通断保护的电动工具，其特征在于，前述电源控制模块包括：用于控制电源模块保证一定状态的电源自保持电路。 

本发明还提供一种具有短时间通断保护的电动工具的通断保护方法，其特征在于：前述通断保护装置在判断出前述电机发生堵断的情况下，停止电机转动，并在控制开关松开处于断开的情况下开始计时，在小于一定的时间内，无论使用者如何操作控制开关，前述通断保护装置始终控制电机处于停机的状态。 

具体而言，其包括如下步骤： 

a：系统初始化，前述电源模块向MCU模块供电，然后进行步骤b；

b：前述MCU芯片读取FLASH存储器中由其上一次发出的关于电机转动状态的命令数据,然后进行步骤c；

c：判断FLASH存储器中的数据的有效性，如果有效则继续进行步骤d，如果无效则跳至步骤m；

d：电流检测模块检测并采集电机的电流数据，然后进行步骤e;

e：前述MCU芯片通过前述电流检测模块的电流数据进行堵转保护判断，如果电流数据符合堵转保护判定条件则跳至步骤m，如果不符合堵转保护判定条件则接着步骤f；

f：前述MCU芯片判断上述控制开关是否被使用者松开，如果控制开关不松开则继续进行步骤g，如果松开则跳至步骤k；

g：前述MCU芯片通过存储在其FLASH存储器中的数据记录判断电机上次转向状态，然后进行步骤h；

h：、根据上述步骤g判断结果，前述MCU芯片控制前述电机驱动模块驱动电机转动，然后进行步骤i；

i：前述MCU芯片判断本次电机运行状态的记录是否记录在FLASH存储器中，如果是跳至步骤d，如果不是继续进行步骤j;

j：记录本次电机的运行状态，并存储在FLASH存储器中，然后返回至步骤d;

k：前述MCU芯片记录控制开关处于松开的状态的时间，然后进行步骤l；

l：前述MCU芯片判断控制开关处于不工作的关的状态的时间是否大于设定的标准时间，如果大于标准时间，则接着进行步骤m，如果不大于标准时间则跳至步骤d;

m：前述MCU芯片控制前述电机驱动模块停止驱动，然后返回到步骤d。

前述的具有短时间通断保护的电动工具的通断保护方法，其特征在于：前述步骤h中包含两个并列的选择性执行其中一个的子步骤： 

h1：当上次电机反转时，上述电机驱动模块驱动电机正转；

h2：当上次电机正转时，上述电机驱动模块驱动电机反转。

前述的的具有短时间通断保护的电动工具的通断保护方法，其特征在于：电源控制模块还设有电源自保持电路，前述步骤m包括两个顺序完成的子步骤： 

m1: 前述电机驱动模块在前述MCU芯片控制下关闭电机；

m2: 前述电源控制模块在前述MCU芯片控制下关闭电源自保持电路。

前述的具有短时间通断保护的电动工具的通断保护方法，其特征在于：前述标准时间为1秒。 

本发明的有益之处在于：本发明的具有短时间通断保护的电动工具及其通断保护方法，不但能够有效解决电动工具的执行部件被卡死的问题；还能够实现防止短时间人为连续通断，即防止短时间内人为动作使电机连续反复的启动，进而保证电动工具的使用寿命。 

附图说明

图1是本发明电动工具的立体结构示意图； 

图2为本发明的电动工具中的通断保护装置的一个优选实施例的结构示意框图（其中虚线框内代表本发明的连续通断保护装置）；

图3为本发明的电动工具的通断保护装置的通断保护方法的一个优选实施例的流程示意框图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。 

参照图1所示，本发明具有短时间通断保护装置的电动工具，以修枝机100为例，其包括壳体1、执行组件2、设置于壳体1内部的电机（图中未示出）、由上述电机带动下驱动上述执行组件2动作的传动机构（图中未示出）、控制电机通断的控制开关、设置于机壳1外部的主把手扳机3及副把手扳机4，所述副把手扳机4布置于主把手扳机3的前方。所述电动工具还包括有通过对控制开关通断状态的时间监控实现在一定时间间隔内无论控制开关的通断与否均使上述电机处于停机状态的通断保护装置。 

参照图2所示，本发明的电动工具中的通断保护装置主要包括：MCU模块、开关模块、电流检测模块、电源控制模块、电源模块、电机驱动模块。 

其中，MCU模块包括：MCU芯片和外围电路，其中MCU芯片为一般的带有FLASH存储器的MCU芯片，用于进行控制和逻辑判断。 

开关模块包括有控制开关，控制开关具有按下和松开两种状态，当控制开关处于按下的状态时即启动电机，松开后电机的具体控制即由MCU芯片中的软件控制。 

电流检测模块主要作用在于检测电机的电流值，并将电流值的情况反映给MCU芯片，以便进行堵转保护的判定，因为当由电机驱动的执行部件被堵住时，电机的电流值会瞬间增大，可以据此作为判断依据。 

电源控制模块主要是根据MCU芯片的命令进而控制电源模块，作为一种优选方案，电源控制模块中还设有电源自保持电路，电源自保持电路作用在于能使电源模块保证一定的供电状态，无论电机工作与否，都能够随时为电机提供适配的电力，使电机即时恢复工作。 

电源模块作用在于将外来的电源转化为适配的电源供给相应的模块，而电机驱动模块作用在于根据MCU芯片的命令控制电机的运行情况。 

在本发明的修枝机的保护装置内部而言，MCU模块与开关模块、电流检测模块、电机驱动模块、电源模块、电源控制模块电连接，电源模块与电源控制模块、电机驱动模块电连接。 

另外作为一种优选方案，本发明的还设有与电机控制模块电连接并接受其控制的电机输出模块，电机输出模块的主要作用在于连接电机。 

本发明电动工具中的通断保护装置作为一种优选方案，开关模块和电流检测模块均向MCU模块具体为MCU芯片反馈信号。 

参照图3，对本发明的电动工具通断保护装置的通断保护方法做详细介绍，首先要说明的一点是，控制开关为点动开关。 

本发明的方法主要包括如下的步骤： 

a：系统初始化，电源模块向MCU模块供电，然后进行步骤b；这里所谓的系统初始化，即为本发明的装置中各个模块充电使它们能够工作，但不驱动电机工作，系统初始化可以在接入电源后即开始初始化，也可以以专门的按钮作为接入电源后的初始化的触发。

b：MCU芯片读取FLASH存储器中由其上一次发出的关于电机转动状态的命令数据，然后进行步骤c。 

c：判断FLASH存储器中数据的有效性，如果有效则继续进行步骤d，如果无效则跳至步骤m。 

步骤b和步骤c的作用在于在初次使用或FLASH存储器中的数据无效时，通过不同的步骤到步骤d，以便采集有效的电流数据。 

d：电流检测模块检测并采集电机的电流数据，然后进行步骤e：状态步骤。电流检测模块将检测出的电机的电流数据反馈给MCU芯片，以便进行步骤e。 

e：MCU芯片通过电流检测模块采集的电流数据进行堵转保护判断，如果电流数据符合堵转保护判定条件则跳至步骤m，如果不符合堵转保护判定条件则接着步骤f。 

在步骤e中，MCU芯片根据电流检测模块检测的电流数据值进行判断，如果电机电流值符合堵转保护判定条件所规定的情况，比如电流达到某一电流值时，即进行步骤m，如果电机电流值不符合堵转保护判定条件所规定的情况则进行步骤f。参照发明内容我们可知，步骤m提供一个停止驱动电机步骤，起到保护的作用。 

f：MCU芯片判断控制开关是否被使用者松开，如果控制开关不松开则继续进行步骤g，如果松开则跳至步骤k。该步骤f的目的在于，对开关模块中的控制开关状态进行判断。我们先看在控制开关不松开时依次进行步骤g、步骤h、步骤i、步骤j。 

g：MCU芯片通过存储在其FLASH传感器中的数据记录判断电机上次转向状态，然后进行步骤h。 

h：根据步骤g判断结果，MUC芯片控制电机驱动模块驱动电机转动，然后进行步骤i。 

步骤g和步骤h的作用在于在判定控制开关为处于按下的状态时，即使用者希望电机工作，MCU芯片会检测自身关于上次电机转向的信息，然后根据这个信息采用步骤h。 

作为一种优选方案，步骤h包含两个并列的选择性执行一个的子步骤： 

h1：当上次电机反转时，电机驱动模块驱动电机正转；h2：当上次电机正转时，电机驱动模块驱动电机反转。这仅是其中一个方案，还可以采用其他的驱动电机的方案。需要说明的是，这里所指的“上次”是指本次电机启动之前的上一次的运转，而不是指上一次的判断结果。

i：MCU芯片判断本次电机运行状态的记录是否记录在FLASH存储器中，如果是（即已经记录过）则返回至步骤d，如果不是继续进行步骤j。该步骤的作用在于保证电机的本次运行状态能够被有效记录。 

j：记录本次电机的运行状态，并存储在FLASH储存器中，然后返回至步骤d。 

在这里，需要说明的是，步骤d是一个反复进行的步骤，在系统初始化后，尽管根据实际情况可能进行由不同的步骤组成的工作流程，但是最后都返回到步骤d，如此往复。这是因为在本方法中，堵转保护的判断是通过采集电机的电流值而得出的，所以当电机能正常运转以后应当回到步骤d，不断检测可能出现的异常，而在出现异常后，排除异常后应当回到步骤d从而继续进入工作过程，所以这是一个反复进行的步骤。 

以下对控制开关松开时依次进行的步骤k、步骤l、步骤m做以下介绍。 

k：MCU芯片记录控制开关松开的时间，然后进行步骤l。 

l：MCU芯片判断控制开关松开的时间是否大于设定的标准时间，如果大于标准时间，则接着进行步骤m；如果不大于标准时间则返回至步骤d。作为一种优选方案，这个标准时间可以设定为1秒。 

m：MCU芯片控制电机驱动模块停止驱动电机，然后返回到步骤d。作为一种优选方案，步骤m包括两个顺序完成的子步骤： m1:电机驱动模块在MCU芯片控制下关闭电机； m2:电源控制模块在上述MCU芯片控制下关闭电源自保持电路。 

可以看出，在电机正常运行未发生堵转等异常时，如果突然因为某种原因，比如疲劳操作等等，短时间的松开了一下控制按钮又按下，如果松开的时间不大于设定的标准时间时，经过步骤d、e的循环后，又回到了步骤f的判断，此间电机没有停止工作，没有发生通断电的瞬时变化，只有大于标准时间的松开动作，才能触发关闭电机的步骤m，所以可以保护电机不受电气冲击。 

当第一次使用时，首先进行步骤a和步骤b，因为第一次使用，没有有效的存储在FLASH存储器中的数据，所以进行步骤c判断后，跳到步骤m，使电机处于未驱动的状态，然后跳到步骤d，此时由于电机未受到驱动，所以电机电流值为零，所以步骤e的判断是不符合堵转判定条件的状况的，所以，继续进行步骤f，此时，如果要驱动执行部件工作，则使用者一定是按着控制开关不松开，所以接着进行步骤g直至步骤j后跳回到步骤d，处于一个一旦出现异常即能采取相应步骤动作的状态。 

需要说明的是，在第一次使用时，MCU芯片已经预先设定一个电机的运转方向（正向或者反向）。 

发生堵转时，步骤d采集到异常电流数据后，步骤e中MCU芯片判断出这个异常电流数据是符合堵转保护判断的条件，则进行步骤m，使电机停止驱动，电流值为零，再返回至步骤d，再次采集，并接下来再次进行步骤e，这次判断中，电流值为零，所以不符合堵转保护判断的条件，进行步骤f，如果使用者一直按住控制开关不松开，则进行步骤g，检测电机上次的转向状态，并且通过步骤h有效解决执行部件的堵转问题。此时，按住控制开关只相当于是一个判定条件，电机的启动还是由MCU芯片控制的，所以属于软启动，不存在人为造成的连续通断。 

相反进行步骤f时，如果使用者松开控制开关，那么，就会进行步骤k，记录控制开关松开的时间，再进行步骤l：对控制开关松开时间与设定的标准时间进行比较：如果松开时间大于设定的标准时间，表示使用者暂时不希望马上启动，则经由步骤m返回至步骤d、步骤e，直到步骤f中判断控制开关被按下后，即使用者希望使用时，反转解决堵转的问题，继续执行正常的工作，电机通断时间必然大于设定的标准时间，不会造成短时间人为的连续通断；如果松开时间不大于标准时间，则直接返回至步骤d。然后进行步骤e、f、g(结束松开的状态必然是控制开关按下)，此时，又将电机启动的控制交由MCU芯片控制的软启动，此时MCU芯片启动电机反转脱堵，回复到正常状态运行，此时即使再进行小于标准时间的松开，也不会出现反复启动的情况，不存在人为造成的连续通断。 

上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。 

Claims (4)

1.一种电动工具的通断保护方法，所述电动工具包括：壳体、执行组件、设置于壳体内部的电机、在上述电机带动下驱动上述执行组件动作的传动机构、控制电机通断的控制开关；其特征在于：所述电动工具还包括：通过对控制开关通断状态的时间监控实现在一定时间间隔内无论控制开关的通断与否均使上述电机处于停机状态的通断保护装置；上述通断保护装置在判断出上述电机发生堵转的情况下，停止电机转动，并在控制开关松开处于断开的情况下开始计时，在小于一定的时间内，无论使用者如何操作控制开关，上述通断保护装置始终控制电机处于停机的状态；上述通断保护装置包括：包括MCU芯片及其外围电路的MCU模块，用于检测电流情况的电流检测模块，用于检测控制开关状态的开关模块，受到上述MCU模块控制的电机驱动模块和电源控制模块，受到上述电源控制模块控制并向上述MCU模块和电机驱动模块提供电力的电源模块；上述MCU模块与上述开关模块、电流检测模块、电机驱动模块、电源模块、电源控制模块电连接，上述电源模块与上述电源控制模块、电机驱动模块电连接；其包括如下步骤：

a：系统初始化，上述电源模块向MCU模块供电，然后进行步骤b；

b：上述MCU芯片读取FLASH存储器中由其上一次发出的关于电机转动状态的命令数据,然后进行步骤c；

c：判断FLASH存储器中的数据的有效性，如果有效则继续进行步骤d，如果无效则跳至步骤m；

d：电流检测模块检测并采集电机的电流数据，然后进行步骤e;

e：上述MCU芯片通过上述电流检测模块的电流数据进行堵转保护判断，如果电流数据符合堵转保护判定条件则跳至步骤m，如果不符合堵转保护判定条件则接着步骤f；

f：上述MCU芯片判断上述控制开关是否被使用者松开，如果控制开关不松开则继续进行步骤g，如果松开则跳至步骤k；

g：上述MCU芯片通过存储在其FLASH存储器中的数据记录判断电机上次转向状态，然后进行步骤h；

h：根据上述步骤g判断结果，上述MCU芯片控制上述电机驱动模块驱动电机转动，然后进行步骤i；

i：上述MCU芯片判断本次电机运行状态的记录是否记录在FLASH存储器中，如果是跳至步骤d，如果不是继续进行步骤j;

j：记录本次电机的运行状态，并存储在FLASH存储器中，然后返回至步骤d;

k：上述MCU芯片记录控制开关处于松开的状态的时间，然后进行步骤l；

l：上述MCU芯片判断控制开关处于松开的状态的时间是否大于设定的标准时间，如果大于标准时间，则接着进行步骤m，如果不大于标准时间则跳至步骤d;

m：上述MCU芯片控制上述电机驱动模块停止驱动，然后返回到步骤d。

2.根据权利要求1所述的电动工具的通断保护方法，其特征在于：上述步骤h中包含两个并列的选择性执行其中一个的子步骤：

h1：当上次电机反转时，上述电机驱动模块驱动电机正转；

h2：当上次电机正转时，上述电机驱动模块驱动电机反转。

3.根据权利要求2所述的电动工具的通断保护方法，其特征在于：电源控制模块还设有电源自保持电路，上述步骤m包括两个顺序完成的子步骤：

m1:上述电机驱动模块在上述MCU芯片控制下关闭电机；

m2:上述电源控制模块在上述MCU芯片控制下关闭电源自保持电路。

4.根据权利要求1-3任一项所述的电动工具的通断保护方法，其特征在于：上述标准时间为1秒。